材料化學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、材料化學(xué)復(fù)習(xí)課和習(xí)題課考試題型1、填空題（20分，每個(gè)0.5分） 10個(gè)2、名詞解釋(20分，每個(gè)3分) 7個(gè)3、簡(jiǎn)答題(30分，每個(gè)6分) 5個(gè)4、計(jì)算題（30分） 2個(gè) 需要掌握的基本內(nèi)容1、材料的定義和材料科學(xué)或材料化學(xué)的研究?jī)?nèi)容2、晶體的對(duì)稱要素3、化學(xué)鍵,晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣4、晶體的缺陷(點(diǎn)缺陷),缺陷反應(yīng)方程式的寫法(判斷其合理性),固溶式的寫法,晶體理論密度的計(jì)算5、固溶體的類型,(置換固溶體和間隙固溶體,有限固溶體和無(wú)限固溶體)6、晶體生長(zhǎng)的方法,(熔體生長(zhǎng)法和溶液生長(zhǎng)法)7、多孔材料分類和孔結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法.顆粒粒徑的測(cè)量方法8、材料的電性能, 熱性能和光性能9、能帶理論和半導(dǎo)

2、體,超導(dǎo)體,快離子導(dǎo)體,鐵電,壓電材料,儲(chǔ)氫材料,形狀記憶合金材料,敏感陶瓷材料10、復(fù)合材料的組成和特征,材料復(fù)合的原則。名詞解釋1、相：在一個(gè)系統(tǒng)中，成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻的組成部分叫做相。 2、費(fèi)米能級(jí)：絕對(duì)零度時(shí)電子占據(jù)的最高能級(jí)。 3、晶胞：構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元。 4、有色金屬：金屬通常分為黑色金屬與有色金屬，黑色金屬是鐵、鉻、錳金屬及其合金，且以鐵金屬與鐵合金為主。除鐵、鉻、錳以為的金屬稱為有色金屬。 5、極化：指事物在一定條件下發(fā)生兩極分化，使其性質(zhì)相對(duì)于原來狀態(tài)有所偏離的現(xiàn)象。如分子極化(偶極矩增大)、光之極化(偏振)、電極極化等。 6、雜質(zhì)半導(dǎo)體（非本征半導(dǎo)體）

3、：通過慘雜雜質(zhì)，使電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而制備的半導(dǎo)體。 7、禁帶：半導(dǎo)體和絕緣體中，滿帶與導(dǎo)帶之間還隔有一段空隙，稱為禁帶。 8、配位數(shù)：指晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最鄰近并且距離相等的原子數(shù)。 9、燒結(jié)：粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)溫度下加熱，使顆粒間產(chǎn)生連接，以提高制品性能的方法。 10、成型：借助外力、工具或模具，將原材料或坯料(半成品)加工成具有一定形狀和尺寸并具有一定組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的坯體或制品的過程。 11、空間點(diǎn)陣：質(zhì)點(diǎn)的中心位置稱為晶格的結(jié)點(diǎn)，由這些結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的空間總體稱為空間點(diǎn)陣。 12、本征半導(dǎo)體：在半導(dǎo)體中，禁帶不太寬，熱能足以使?jié)M帶中的電子被激發(fā)越過禁帶而進(jìn)入導(dǎo)帶，從而在滿帶中

4、留下空穴，而在導(dǎo)帶中增加了自由電子，他們都能導(dǎo)電，并且由于溫度越高，電子激發(fā)到空帶的機(jī)會(huì)越大，導(dǎo)電率越高。這類半導(dǎo)體屬于本征半導(dǎo)體。13、超導(dǎo)材料(超導(dǎo)臨界電流密度)：在適當(dāng)?shù)臏囟?、磁?chǎng)強(qiáng)度和電流密度下，具有超導(dǎo)電性的材料。 14、自發(fā)極化：在一定溫度范圍內(nèi)、單位晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中心不重合，形成偶極矩，呈現(xiàn)象極性。這種在無(wú)外電場(chǎng)作用下存在的極化現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。 15、居里溫度：鐵電體存在一臨界溫度，高于此溫度，則鐵電性消失。該溫度稱為居里溫度。16、熱容：1摩爾物質(zhì)升高1K所需要的熱量。17、熱膨脹系數(shù)：指溫度變化1K時(shí)材料尺度的變化量。18、熱導(dǎo)率:表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)性能的物理量。19、熔點(diǎn)：即

5、在一定壓力下，純物質(zhì)的固態(tài)和液態(tài)呈平衡時(shí)的溫度。（晶體開始融化時(shí)的溫度叫做熔點(diǎn)）20、Seeback 效應(yīng)(第一熱電效應(yīng))：指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)之間的電壓差的熱電現(xiàn)象。21、壓電性（壓電效應(yīng)）：對(duì)BaTiO3之類的鐵電材料施加壓力，導(dǎo)致極化發(fā)生改變，從而在樣品兩側(cè)產(chǎn)生小電壓，這一現(xiàn)象稱為壓電性或壓電效應(yīng)。22、鐵電性或熱釋電材料：外電場(chǎng)作用下電介質(zhì)產(chǎn)生極化，而某些材料在除去外電場(chǎng)后仍能保持部分極化狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為鐵電性。問答及填空題一、材料的定義和分類 1、材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。 2、材料是“具有一定性能的物質(zhì), 可以用

6、來制成一些機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品”。 3、材料是可以用來制造有用的構(gòu)件、器件或物品的物質(zhì)。 4、人類社會(huì)所能夠接受的經(jīng)濟(jì)地制造有用器件的物質(zhì) 。 5、材料化學(xué)研究的內(nèi)容：合成與制備、性能、結(jié)構(gòu)、效能與功能(服役性能)。 6、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系： 材料化學(xué)的主要目的是從分子水平到宏觀尺度認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系,在合成和加工材料的過程中有意識(shí)的控制材料的組成和結(jié)構(gòu),獲得具有預(yù)期性能的材料。二、晶體的宏觀特征： 1.規(guī)則的幾何外形 2.晶面角守恒 3.有固定的熔點(diǎn)4. 物理性質(zhì)的各向異性5. 晶體中的微粒是按照一定方式重復(fù)排列的。三、晶體的宏觀對(duì)稱性元素：晶體中只存在有 8 種獨(dú)立的對(duì)稱元素， 分別

7、為： 任何宏觀晶體所具有的對(duì)稱性都是這 8 種基本對(duì)稱元素的組合。四、7大晶系：立方晶系、正交晶系、單斜晶系、三斜晶系、三斜晶系、三方晶系、四方晶系。五、14種布拉維格子：1、14種布拉維格子： (1)立方格子 3 個(gè)：簡(jiǎn)單、體心、面心 (2)四方格子 2 個(gè)：簡(jiǎn)單、體心 (3)正交格子 4 個(gè)：簡(jiǎn)單、體心、底心、面心 (4)單斜格子 2 個(gè)：簡(jiǎn)單、底心 (5)三斜格子 1 個(gè)：簡(jiǎn)單 (6)六方格子1個(gè)：簡(jiǎn)單 (7)菱方格子1個(gè)：簡(jiǎn)單2、 劃分布拉維格子(平行六面體)的四條原則：空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性、直角關(guān)系、體積應(yīng)該最小、棱間交角接近于直角。六、金屬的晶體結(jié)構(gòu)：面心立方、體心立方、密排立方。七、

8、晶胞常數(shù)： 晶胞常數(shù)指的是晶胞三條棱的棱長(zhǎng) a、b、c。如果我們把原子視作半徑為 R 的剛性圓球，則由簡(jiǎn)單的幾何分析不難得出金屬晶體的晶胞常數(shù)與金屬元素原子半徑之間的關(guān)系：（1）面心立方結(jié)構(gòu)： （2）體心立方結(jié)構(gòu): (3) 簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu)：八、配位數(shù) (CN)： 1、配位數(shù)定義為晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍存在的最近鄰且與該原子等距離的原子的數(shù)量，通常用符號(hào)“CN”表示。 2、面心立方結(jié)構(gòu) (A1) 和簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu) (A3) 中原子的配位數(shù)均為12，而體心立方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)則為8。 3、單質(zhì)晶體：原子的配位數(shù)不會(huì)大于 12。(最緊密堆積的結(jié)構(gòu)中原子配位數(shù)為 12) 。九、費(fèi)米能級(jí)： 1、在 0K

9、時(shí)，電子氣處于基態(tài)，費(fèi)米能級(jí)內(nèi)所有狀態(tài)被電子占據(jù)，費(fèi)米能級(jí)外所有狀態(tài)均未被電子占據(jù)。當(dāng)溫度 T > 0 K 時(shí)，某些電子將受到熱激發(fā)。由于費(fèi)米能級(jí)內(nèi)狀態(tài)已填滿，電子的熱激發(fā)只能從費(fèi)米能級(jí)內(nèi)的狀態(tài)移到費(fèi)米能級(jí)外能量較高的狀態(tài)。 2、費(fèi)米能級(jí)是絕對(duì)零度時(shí)電子占據(jù)的最高能級(jí)。 能帶中所有可利用能級(jí)并不一定都被占據(jù),在絕對(duì)零度時(shí)填充能級(jí)和未填充能級(jí)的交界面所處的能級(jí)叫做費(fèi)米能級(jí)。十、說明下列符號(hào)的含義：VNa，VCl，.(VNaVCl)，CaK，CaCa，Cai。 1、鈉離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷； 2、氯離子空位，帶一個(gè)單位正電荷； 3、最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心； 4、Ca

10、2+占據(jù)K.位置，帶一個(gè)單位正電荷； 5、Ca原子位于Ca原子位置上； 6、Ca2+處于晶格間隙位置。十一、按缺陷形成的原因分類： 1、點(diǎn)缺陷：熱缺陷（Frankel缺陷、Schottky缺陷）、雜質(zhì)缺陷、電荷缺陷（非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷）。 2、點(diǎn)缺陷的分類（按幾何位置及成分分類）： （1）填隙原子 (間隙原子)：質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入間隙位置成為填隙原子。 （2）空位 ： 正常結(jié)點(diǎn)位置沒有被質(zhì)點(diǎn)占據(jù)，稱為空位。 （3）雜質(zhì)原子：雜質(zhì)原子進(jìn)入晶格（結(jié)晶過程中混入或加入，一般不大于1，）。 3、固溶體：間隙位置間隙雜質(zhì)原子（間隙固溶體）、正常結(jié)點(diǎn)取代（置換）雜質(zhì)原子（置換固溶體）。十二、兩種典型的熱缺陷： 1、

11、肖特基缺陷：特點(diǎn)-晶體體積增大,晶體密度減小。 （1）金屬晶體： Schottky 缺陷就是金屬離子空位 （2）離子晶體：由于局部電中性的要求，離子晶體中的 Schottky缺陷只能是等量的正離子空位和負(fù)離子空位成對(duì)出現(xiàn)。 2、佛倫克爾缺陷：特點(diǎn)-空位和間隙成對(duì)產(chǎn)生，晶體密度不變。 （1）金屬晶體：Frenkel 缺陷為金屬離子空位和位于間隙中的金屬離子 （2）離子晶體: 由于離子晶體中負(fù)離子的半徑往往比正離子大得多，離子晶體中的 Frenkel 缺陷一般都是等量的正離子空位和間隙正離子。十三、固溶體的分類： (1) 按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置劃分：間隙型固溶體、置換型固溶體。 特點(diǎn)：形成間

12、隙型固溶體體積基本不變或略有膨脹；形成置換型固溶體后體積應(yīng)比基質(zhì)大。 (2) 按溶質(zhì)原子在溶劑晶體中的溶解度分類：連續(xù)型固溶體、有限型固溶體 特點(diǎn)：對(duì)于有限型固溶體，溶質(zhì)在有限范圍內(nèi)溶解度隨溫度升高而增加。十四、晶體生長(zhǎng)技術(shù)： 1、熔體生長(zhǎng)法 將欲生長(zhǎng)晶體的原料熔化，然后讓熔體達(dá)到一定的過冷而形成單晶。 2、溶液生長(zhǎng)法 通過控制合適的降溫速度，使溶液處于亞穩(wěn)態(tài)并維持適宜的過飽和度，從而結(jié)晶。 3、熔體生長(zhǎng)法的結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是什么?，在晶體生長(zhǎng)過程中起主要作用的是什么? 4、溶液生長(zhǎng)法的結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是什么?在晶體生長(zhǎng)過程中起主要作用的是什么?所以熔體生長(zhǎng)法比溶液生長(zhǎng)法快。十五、多孔材料的分類： 1、d

13、<2nm 微孔（microporous） 2、2nm<d<50nm 介孔（mesoporous） 3、d>50nm 宏孔（macroporous十六、多孔陶瓷材料的表征及評(píng)價(jià)： 1、密度(d)及氣孔率(p) 2、氣孔率(p)：氣孔率會(huì)導(dǎo)致多孔材料的特殊性能，比如氣體通過率和吸收率。 3、測(cè)試孔隙率方法-阿基米德排水法：設(shè)干重W1、 試樣在液體中的重量W2、濕重W3，所以如下： W1:試樣干重 W2:試樣在水中的重量 W3:試樣含飽和水時(shí)的重量。十七、氣孔尺寸分布 1、多孔材料的氣孔尺寸范圍很寬，小到原子尺寸，大到毫米級(jí)。 2、孔徑分布的測(cè)試方法： （1）氮?dú)馕矫摳椒ǎ?/p>

14、測(cè)試范圍微孔-20nm氣孔 （2）壓汞法：測(cè)試范圍20nm-1mm氣孔 3、 顆粒尺寸分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法：篩分法沉、降法、激光衍射法。十八、奧氏體、鐵素體、馬氏體、滲碳體 1、奧氏體：碳溶解在-Fe中的間隙固溶體；仍保持-Fe的面心立方晶格，晶界比較直，呈規(guī)則多邊形；727時(shí)溶碳為c 0.77，1148時(shí)可溶碳2.11具有較高塑性。 2、馬氏體：碳在-Fe中的過飽和固溶體；馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心四方結(jié)構(gòu)（BCT），中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織；普遍具有較高強(qiáng)度和硬度。 3、鐵素體：碳溶解于-Fe的體心立方晶格中形成的間隙固溶體；碳原子含量很少(僅0.02%)；強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性

15、好，這時(shí)由于固溶強(qiáng)化的結(jié)果。 4、滲碳體：碳與鐵形成的一種化合物Fe3C，一般含碳6.67；復(fù)雜的正交晶格，熔點(diǎn)1227；極高硬度（BHN600以上）的脆性化合物，塑性、韌性幾乎為零。十九、鐵電陶瓷、壓電材料： 1、典型的鐵電陶瓷BaTiO3：隨溫度變化，晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；很高的介電常數(shù)，特別是在其居里點(diǎn)Tc（120）附近，可高達(dá)6000；損耗因子可高達(dá)0.010.02。 2、最有代表性的壓電陶瓷材料鈦鋯酸鉛（PZT）。二十、超導(dǎo)現(xiàn)象：同時(shí)滿足電流、電壓與磁場(chǎng)三個(gè)條件時(shí)才會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。 1、臨界溫度（TC）超導(dǎo)體必須冷卻至某一臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。 2、臨界電流密度（JC）通過超導(dǎo)體

16、的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。 3、臨界磁場(chǎng)（HC）施加給超導(dǎo)體的磁場(chǎng)必須小于某一臨界磁場(chǎng)才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。二十一、熱敏電阻：熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體測(cè)溫元件。按溫度系數(shù)可分為：正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）；臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）。二十二、復(fù)合材料： 1、什么是復(fù)合材料：一般說法：由2種或2種以上不同材料組合在一起而形成的新材料。 2、復(fù)合材料的組成： （1）基體(Matrix):含量較大，連續(xù)分布的組成相 （2）增強(qiáng)相(Reinforcement Elements):含量較小，分散分布，一般起增強(qiáng)作用。 3、復(fù)合材料的

17、特點(diǎn)： （1） 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的界面； （2） 復(fù)合材料中各組元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特殊性能； （3）復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性。可以根據(jù)使用條件要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結(jié)構(gòu)的效能。 4、復(fù)合材料的復(fù)合原則：優(yōu)勢(shì)（優(yōu)良特性）互補(bǔ)原則；性能（用途）先定原則；制備可能性、成本可行性原則。 5、金屬基復(fù)合材料：目前用作金屬基復(fù)合材料的基體金屬有：鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金、銅與銅合金、鋅合金、鉛、鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物等。增強(qiáng)纖維有碳纖維，硼纖維，碳化硅纖維，氧化鋁纖維，金屬絲。二十三、計(jì)算題： 1、用ZrO2和0.25molCaO 制成固溶體，測(cè)得晶胞參數(shù) a00.5153nm，密度為5.184g/cm3， ZrO2為螢石結(jié)構(gòu)，問主要缺陷形式是何種？ 2 : 1 : 1 0.25 : 0.125 : 0.125 固溶分子式： Zr0.875Ca0.25O2 解：缺陷反應(yīng)式： 1 : 1 : 1 0.25 : 0.25 : 0.25固溶分子式： Zr0.75Ca0.25O1.75 比較d與r，看誰(shuí)與r接近即為所對(duì)應(yīng)的缺陷類型。 2、FCC結(jié)構(gòu)的鎳